Revista CENIC Ciencias Biológicas, Val. 29, No. 2, 1998.

UTILIZACION DE MICROALGAS PARA EL TRATAMIENTO Y REUS0 DE RESIDUOS PORCINOS LIQUIDOS L. Travieso, F. Benítez, E. Sánchez, M. León y R. Dupeyrón. Departamento de Estudios sobre Contaminación Ambiental, Centro Nacional de Investigaciones Científicas, Avenida 25 y 156, Playa, Apartado Postal 6990, Ciudad de La Habana, Cuba.

Recibido: 3 de marzo de 1997.

RESUMEN. La disminución de líquidos residuales pecuarios repre- senta uno de los problemas más acuciantes en Cuba y en general, en toda el área de latinoamérica. En este estudio, se utilizó una laguna de microalgas para el tratamiento terciario de residuo por- cino líquido, de 3 000 m3 y 3 m de profundidad, de manera tal de disminuir sustancialmente su carga orgánica y al mismo tiempo, obtener una biomasa de alto valor proteico para la alimentación animal. En los experimentos a escala de laboratorio se utilizaron reactores de 16 L de volumen a flujo continuo. La cepa de mi- croalga utilizada fue ChloreZZu vulgaris SR12 y se midieron los parámetros característicos requeridos tanto químicos como hidro- biológicos. La biomasa obtenida se adicionó a la alimentación de una masa porcina de un cebadero. No se encontraron diferencias entre el grupo control alimentado normalmente y el grupo experi- mental alimentado con las microalgas. Los resultados mostraron una reducción de la DQO de más del 50 % en términos de carga orgánica de entrada. Para un intervalo de tiempo de residencia en- tre3y4ds e obtuvou na productividad de 0,12-0,20 g/h de bio- masa algal.

ABSTBACT. Piggery waste represents one of the most important pollution problems in Cuba and in Latin America. In this paper a microalgae pond was used for piggery waste tertiary treatment to diminish the organic loading and at the same time to obtain a pro- teic biomass for animal feeding. Laboratory continuous reactors of 16 liters effective volume were used for Chlorella vulguris SR/2 growth. The proteic biomass was supplied to a group of pigs in a piggery farm. No significant differences were found between the control group and the animals that were fed with the proteic biomass. The results showed a substantial reduction of the COD (more than 50 % , using retention times between 3 and 4 d).

INTRODUCCION

Teniendo en cuenta las características del residuo por- cino, se han realizado muchos estudios a fin de encontrar las soluciones más económicas y factibles para su tratamiento y reúso.lM4

Se ha encontrado en algunos estudios preliminares que es posible alcanzar una reducción significativa del contenido de carga contaminante mediante la utilización de sistemas de microalgas.5M8 Existe además la posibilidadde obtener bioma- sa proteica para adicionar en la dieta de los animales.gM’3

MATERIALES Y METODOS

Se utilizaron reactores a dos escalas diferentes:

a) Escala de laboratorio:laguna de medio plásticode 16 L de volumen efectivo (0,3 m profundidad).

b) Escala industrial: laguna terciaria de volumen efectivo 30 OOm 3 y 3 m de profundidad.

El residuo utilizado para las experiencias a escala de laboratorio fue residuo porcino líquido, diluído 1:4 con agua corriente y previamente sedimentado. En el caso de las ex- periencias a escala industrial fue utilizado residuo porcino líquido proveniente de la laguna secundaria de un sistema de tres lagunas utilizado para el tratamiento de los residuos Iíqui- dos de una granja de cerdos. Las corridas experimentales tu- vieron una duración de 6 meses y el tiempo de retención hidráulico fued e4d.

La temperatura durante toda la etapa experimental fue (28 f 4) OC . La iluminación fue la habitual en regiones sub- tropicales.

La cepa de Chlorella vulgaris SW2 utilizada en ambos reactores fue obtenida de la Colección de Cultivos Autotrófi- cos del Jardín Botánico de Cienfuegos, Cuba.

Todas las determinaciones analíticas se realizaron se- gún los métodos normalizados al efecto.14

Adicionalmente, se realizaron estudios del efecto bio- lógico del consumo de la biomasa algal en el agua que tomaba un grupo de animales seleccionados. Se llevaron a cabo los análisis bromatológicos adecuados.

RESULTADOS Y DISCUSION

Escala de Laboratorio

Se observó que un aumento del tiempo de residencia implica una reducción de la DQO, así como un aumento de la concentración de clorofila, lo que corroboró que parte de la materia orgánica era utilizada por las microalgas y otros organismos presentes para sus funciones metabólicas (Ta- bla 1).

Del análisis de estos resultados es posible confirmar la biodegradabilidad del líquido residual porcino mediante la ac- tividad metabólica de la cepa de microalga utilizada.

Se comprobó la existencia de una relación entre el tiempo de retención hidráulico y el crecimiento de las microal- gas, medido como sólidos suspendidos totales (SST) y como clorofila a (Ca). En este caso, se asumió que los sólidos sus- pendidos daban una medida indirecta del crecimiento de las microalgas,ya que se considerócomo microoganisnw el 80% de los sólidos suspendidos. La purificación del residuo se al- canzó hasta un 50 % de la DQO, lo cual fue suficiente para su

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disposición final, teniendo en cuenta que esto constituía un siderablescantidadesde biomasa microalgalcon elevado con- tratamiento terciario de este y que además, se obtenían con- tenido proteico.

TABLA I Resultados de los análisis químicos para diferentes tiempos de residencia hidráulicos durante la etapa experimental

Parámetro Tiempo de residencia hidráulico (d)

Inicial 136 2,02, 2 2,4 28 3,2 376 3,8

DQO 56 34 48 44 45 09 4180 39 42 35 12 2801 2 447 2 443

SST 610 685 734 802 860 936 1 056 1 176

Clorofila (mg/L) 25,4 30,2 33,2 38,9 45,3 51,0 56,0 61,0

Eliminación DQO (%) 14,0 20,o 27,0 30,o 38,0 50,o 57,0 57,0

DQO Demanda Química de oxígeno. SST Sólidos suspendidos totales.

Escala industrial

Las Tablas ll, III y IV muestran las variaciones de las de- mandas bioquímica y química de oxígeno y de las concentra- ciones de nitrógeno, fósforo y clorofila durante el estudio.

El comportamiento de las demandas química y bio- química de oxígeno, reveló la existencia de una tendencia a la disminución de la carga orgánica contaminante.El crecimiento de mciroalgasfue confirmadopor el incrementode la concen- tracióndel nitrógenoorgánicoy de la clorofila(Tablalll y IV).

TABLA II Demandas químicas y bioquímicas de oxígeno y pH correspondientes a las experiencias a escala industrial

Tiempo experimental

(d)

DQO

(mg/L)

DB0 PH

Afluente Efluente Afluente Efluente Afluente Efluente

- - 200 100 7,6 896

25 3 954 3 235 28 07, 4 777

50 46046 0 - - 7,o 737

80 - - 114 57 7,079 0

11046 3 154 - - 795 775

1508 51 596 51 51 803, 0

DQO; DB0 Demandas química y bioqímica de oxígeno.

TABLA III Concentración de nitrógeno orgánico y amoniacal, ortofosfatos y fosforo total

Tiempo experimental

(d)

Entradad el al aguna Salidad el al aguna

N orgánico

Afluente Efluente

N amoniacal N orgánico

(mglL)

Afluente Efluente Afluente Efluente

N amoniacal

Afluente Efluente

0 40,5 55,0

25 536 894 58,8 26,6 27,0 24,0 36,6 58,0

50 18,2 22,4 63,0 50,4 20,5 15,4 23,5 28,2

80- 28,0 7,o

IlO- 21,4 20,5 56,5 56,l

130 8.4 11.2 7.0 ll.2 13.9 31.7 26.5 42.4

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TABLA IV Concentración de clorofila durante los experimentos

Tiempo experimental Clorofila a (d) (mg/L)

Afluente Efluente

0 0,138 0,160

25 6,789 8,850

503, 587 4,573

801, 551 4,398

110 1,042 1,477

Efecto del consumo de la biomasa algal Para estudiar el efecto biológico de la biomasa microal-

gal, se seleccionaron dos grupos de 15 cerdos cada uno los cuales fueron sometidos a los exámenes diarios ususales.

Al grupo experimental se le dio a beber solamante el agua proveniente del efluente de la laguna terciaria en vez

de agua común. El grupo control sólo consumió agua corrien- te.

Para estudiar el comportamiento, se utilizaron tres gru- pos de cerdos, los cuales sólo bebieron el agua efluente de la laguna y su dieta fue limitada a tres contenidos diferentes de proteína (9,6; ll y 13 % con respecto al grupo control que re- cibióu ni 8%d ep roteínae ns ud ieta).

Todos los estudios bromatológicos fueron realizados se- gún las normas y regulaciones internacionales.15

La tabla V muestra los resultados de las experiencias con diferentes grupos de cerdos.

Desde el punto de vista biológico y de comportamiento de los grupos no hubo diferencias significativas con respecto a la ganancia en peso.

En la tabla VI, se muestran los resultados para los ex- perimentos realizados cambiando el contenido de proteína de la dieta diaria suministrada a los cerdos. De los exámenes biológicos realizados se detectó que sólo el grupo cuya dieta proteica fue menor de ll % no mostró un buen estado físico.

TABLA V Peso de los animales durante la etapa experimental

Parámetro

Control

Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3

Experimental Control Experimental Control Experimental

(kg) x ll,5 ll,4 26,9 26,6 35,6 34,5

s 0,97 1,16 3,08 3,50 3,6 4,25

S2 0,94 1,35 9,49 12,25 979 18,06

t0,5 0,96 0,93 0,607

TABLA VI BIBLIOGRAFIA Incremento en peso de los animales alimentados

con dieta reducida en proteína

Grupo Dieta Peso total Ganancia en peso (“/) (kg) (9)

1 9,6 17,035 4

2 ll,0 19,25 401

3 13,0 20,4 425

Control 18,02 270 458

1. Travieso L. Microalgae culture on Pretreated Piggety waste. MSc. Thesis, Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echeve- rría”-British Columbia Agreement, La Habana, 1979.

2. Finlayson M., Chick A., von Oertzen 1. and Mitchel D. Treatment of piggery effluents by an aquatic plant filter. Biological Wastes, 19, 179, 1987.

3. Hashimoto S. and Furukawa K. Nutrient removal from secondary effluent by filamentous algae. J. Ferment. Bioeng., 67,62, 1989.

4. Dor I and Svi B. Effect of heterotrophic bacteria on the green al- gae growing in wastewater. In Algal Biomass, G. Shelef and C.J. Soeder (Eds.) Elsevier/Notth Holland Biomedical Press, Amster- dam, 421-429,198O.

CONCLUSIONES

El crecimiento de Chlorella vulgaris SR/2 en residuo por- cino líquido ofrece una alternativa para el suplemento proteico de la dieta del ganado porcino en engorde.

Con la utilización de lagunas de microalgas, es posible obtener más del 50% de eliminación de contaminantes (basado en DQO) de las aguas residuales porcinas.

Por primera vez, desde el punto de vista teóricoy práctico se demuestra la posibilidadde reusar el agua residual efluente de un sistemade trataniento, utilizandoen el proceso final una lagunade microalgas.La utilizaciónde estasaguastratadasme- diante laguna de microalgas constituye una alternativa muy económica.

RECONOCIMIENTOS

5. Richmond A. A prerequisite for industrial microalgaculture: effi- cient utilization of solar irradiante. In Algal Biotechnology. Elsevier App. Science Eds. Barking, 237-244, 1988.

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7. De la Noüe J. and Prouix D. Biological Tertiary treatment of urban waste with chitosan-immobilized Phormidium. Appl. Microbiology Biotechnology, 29,292, 1988.

8. Lavoie A. and de la Noue J. Hyperconcentrate culture of Scenedesmus obliquus a new approach for waste water tettiaty treatment. Water Research, 19, 1437, 1985.

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A la Fundación Alejandro de Humboldt, de Alemania por su apoyo para la realización de este trabajo.

10. Travieso L. et al. Microalgae ponds for piggery waste treatment. Ciencia y Técnica en la Agricultura, Veterinaria, 9, 7, 1988.

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12. Oswald W.J. The role of microalgae in liquid waste treatment ex- perimental and reclamation. In: Algae and Human Affairs, C.A. Lembi and J.R. Waaland (Eds.) Cambridge University Press, 255- 281, 1988.

13. Grobbelaar J.U. , Soeder C.J. and Stengel E. Modeling algal pro- ductivity in large outdoor cultures and wastewater systems. Biomass, 21,297,1990.

14. APHA, WCPF, AWWA Standard Methods for the Examination of Waters and Wastewaters. 15th Ed., Washington D.C., 1985.

15. FAO International Regulations. Cuban Agriculture Ministty Ed., 1985.

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